[发明专利]一种基于陶瓷增材制造的多孔植入物的制备方法

说明书

本发明提供一种基于陶瓷增材制造的多孔植入物的制备方法，包括如下步骤：使用增材制造方法制备具有梯度微观结构的多孔植入物模型的陶瓷负型模具；通过压力机压制将金属粉填充陶瓷模具，获得初步的金属多孔植入物，真空烧结，增强植入物强度；将植入物与陶瓷模具的混合体置入可溶解陶瓷模具的溶液中，得到独立的金属植入物；利用化学气相沉积方法在金属植入物表面沉积金属涂层；最后利用阳极氧化方法在金属植入物表面成形金属氧化物纳米管结构。该方法克服了传统多孔植入物制备方法微观结构不可控和直接激光增材制造难度大、设备要求高的不足，且能实现表面结构的纳米化，开辟具有宏微纳结构的多孔植入物制备的新途径。

技术领域

本发明涉及一种基于陶瓷增材制造的多孔植入物的制备方法，该方法属于生物增材制造(3D打印)领域，可应用于生物医疗领域。

背景技术

增材制造在医学领域具有重要的应用，尤其对于制造个性化植入物具有无可比拟的优势，未来具有数百亿的潜在市场。目前，对不锈钢、钛合金和钴基合金多种金属材料进行金属直接成形制造的植入物已经广泛应用于心脏瓣膜支架、血管支架、消化道支架以及骨修复和替代支架及其他支架临床，取得了较好的治疗效果。但是复杂的人体内环境会引起材料腐蚀而导致有毒元素的释放，从而导致金属材料的生物相容性和力学性能降低。此外，目前的多孔植入物不具有可控宏微观一体化结构和纳米化结构：合理的设计宏观和微观的一体化结构能够减少多孔植入物的应力问题，增强其力学性能；纳米结构不仅有利于体内骨细胞的粘附、还能促进骨细胞的再生和分化，提高植入物的生物相容性。因此，如何解决多孔植入物微观仿生梯度结构不可控及无纳米结构的问题，制备出生物相容性和力学性能俱佳的多孔植入物是其应用于临床的关键问题之一。

传统的多孔金属植入物的制造方法主要包括：有机泡沫浸渍法、造孔剂-粉末烧结法、气相沉积法。但这些工艺可控性差，难以实现对植入物宏观结构的个性化和微观仿生梯度孔隙结构的主动控制，而且无法成形纳米结构，此外工艺制备流程复杂、投资大、生产成本高。

发明内容

为了克服多孔植入物支架微观梯度结构不可控及不能形成纳米结构等不足，本发明的目的在于提供一种基于陶瓷增材制造的多孔植入物的制备方法，该方法将增材制造技术、粉末冶金技术、化学气相沉积技术和阳极氧化技术相结合，可实现微观梯度结构可控成形，并成形纳米结构利于细胞活动，提高多孔植入物的生物相容性，有望开辟多孔支架制备的新途径，对于促进多孔植入物的临床应用具有重要意义。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于陶瓷增材制造的多孔植入物的制备方法，包括如下的步骤：

1)使用增材制造方法制备具有梯度微观结构的多孔植入物模型的陶瓷负型模具；

2)将步骤1)制得的陶瓷负型模具置于冲压模具中，用金属粉包埋，使用压力机将金属粉压制入陶瓷模具中，获得初步的金属多孔植入物置于陶瓷模具之中；

3)将步骤2)中陶瓷模具和初步金属多孔植入物的混合体置入真空高温炉中增强金属多孔植入物的强度；

4)将步骤3)中制得的混合体置入可去除陶瓷模具的溶液中，得到金属多孔植入物；

5)将步骤4)中制得的金属多孔植入物利用化学气相沉积的方法在多孔植入物表面沉积金属涂层进一步增强强度；

6)将步骤5)中制得的金属多孔植入物置入电解液中进行阳极氧化处理，得到表面具有金属氧化物纳米管的定制化金属多孔植入物。

本发明的进一步的改进在于：步骤1)中，陶瓷负型模具的材料为羟基磷灰石、磷酸三钙、二氧化硅、氧化镁、氧化铝中的至少一种，陶瓷粉的粒径范围为0.1-200μm。

本发明的进一步的改进在于：步骤1)中，所用的增材制造方法为3D打印凝胶注模、光固化成形(SLA)、激光选区烧结(SLS)、3DP中的至少一种。